现代汽车设计概论

现代汽车设计方法概论——汽车发动机院系：机械工程及自动化姓名：谢伟康学号：10071040日期：2012年4月23日目录一、发动机定义 (3)二、简介 (3)三、术语 (4)四、工作方式 (4)五、发动机的分类 (5)六、汽车发动机原理 (6)七、发动机的性能指标 (15)八、汽车发动机的保养 (16)九、运动关系 (18)十、发动机发展历史 (18)一、发动机定义发动机，是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。

其功用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。

汽车的动力来自发动机。

二、简介发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，关系着汽车的动力性、经济性、环保性。

简单来说，发动机就是一个能量转换机构，即将汽油（柴油）或天然气的热能，通过在密封内气缸燃烧气体膨胀，推动活塞作功，转变为机械能，这是发动机最基本的原理。

发动机的所有结构都是为能量转换服务的，发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制方面都有很大的提高，但其基本原理仍然没有改变。

这是一个富于创造的时代，那些发动机的设计者们，不断地将最发动机性能新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点，现在的汽车发动机不仅注重汽车动力的体现，更加注重能源消耗、尾气排放等与环境保护相关的方面，从而使人们在悠闲的享受汽车文化的同时，也能保护环境、节约资源。

三、术语上止点：活塞顶所能到达的最高点位置。

下止点：活塞顶所能到达的最低点位置。

活塞行程：上、下止点间的距离。

燃烧室容积：活塞位于上止点时，活塞顶上方的空间。

气缸工作容积：活塞从上止点运行到下止点所让出的容积。

多气缸发动机，各气缸工作容积之和，叫发动机工作容积，也叫发动机排量。

气缸总容积：活塞位于下止点时，活塞顶上方的空间。

压缩比：气缸总容积与燃烧室容积的比值。

缩比表示进入气缸内的气体被压缩的程度，它是发动机的一个重要参数。

在一定范围内适当提高压缩比，可以改善发动机的经济性和动力性。

汽油发动机的压缩比一般为6～10，柴油发动机的压缩比一般为16～22。

四、工作方式工作方式，是指的这款发动机的特征，分为：自然吸气、涡轮增压、机械增压和双增压。

1、自然吸气就不用解释了，就是利用负压来自主把空气吸入发动机。

2、涡轮增压利用排气的废气推动涡轮，强制把空气压入汽缸。

3、机械增压是发动机直接输出一个传动轴连通增压器，强制把空气压入汽缸。

4、机械+涡轮增压，顾名思义就是含有这两种增压形式的发动机。

五、发动机的分类热力发动机即是将燃料的热能转变为机械能的一种动力装置。

热力发动机分为内燃机和外燃机两类。

其中内燃机是可燃混合气体在机器内部燃烧而产生热能，然后再转为机械能。

外燃机是燃料在机器外部的锅炉内燃烧，将锅内的水加热，使之变为高温高压的水蒸气，然后送至机器内部，使所含热能转变为机械能。

内燃机的优点：热效率高、体积小、重量轻、广泛应用。

但由于使用的是石油燃料，因而污染较大。

城市的大气污染相当部分来至内燃机所排出的废气。

按活塞运动方式分类：活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。

前者活塞在汽缸内作往复直线运动，后者活塞在汽缸内作旋转运动。

按照进气系统分类：内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。

若进气是在接近大气状态下进行的，则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机；若利用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增压内燃机。

增压可以提高内燃机功率。

按照气缸排列方式分类：内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式、双列式和三列式。

单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。

双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。

三列式把气缸排成三列，成为W型发动机。

按照气缸数目分类：内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。

仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。

如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸、十六缸等都是多缸发动机。

现代车用发动机多采用三缸，四缸、六缸、八缸发动机。

按照冷却方式分类：内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。

水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。

水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。

按照行程分类：内燃机按照完成一个工作循环所需的冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。

把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个冲程，完成一个工作循环的内燃机称为四冲程内燃机；而把曲轴转一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个冲程，完成一个工作循环的内燃机称为二冲程内燃机。

汽车发动机广泛使用四冲程内燃机。

按气门机构种分类：侧置气门（SV）发动机、侧置凸轮轴（OHV）发动机、顶置凸轮轴（OHC）发动机、可变气门（VTEC）发动机和Desmo气门机构发动机。

按燃油供应方式分类：化油器发动机和电喷发动机。

按照所用燃料分类：内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。

使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。

汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。

六、汽车发动机原理（一）汽车发动机结构原理发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。

无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。

要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。

（1)曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。

它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。

在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。

而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。

（4）配气机构配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。

配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。

（3)燃料供给系统汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。

（4)润滑系统润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。

并对零件表面进行清洗和冷却。

润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。

（5)冷却系统冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。

（6)点火系统在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。

能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。

（7)起动系统要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。

发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。

因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。

完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。

汽油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系（二）发动机的简易工作原理（1）四冲程发动机的工作原理四行程汽油机经过进气、压缩、作功和排气行程完成一个工作循环。

A、进气行程：活塞从上止点向下止点运动，排气门关闭，进气门打开。

可燃混合气通过进气门被吸入气缸，直至活塞向下运动到下止点。

B、压缩行程：曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。

C、作功行程：进气门和排气门仍然保持关闭。

当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外作功。

随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，作功行程结束。

D、排气行程：当作功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。

曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环过程。

在每一个工作循环中，活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。

（2）汽油喷射系统工作原理电控汽油喷射系统是利用各种传感器检测发动机的各种状态，经电脑的判断、计算，使发动机在不同工况下，均能获得合适浓度的可燃混合气电子控制喷油系统是通过空气流量计、歧管绝对压力传感器或节气门位置传感器来检测发动机进气量，电子控制单元根据各种传感器的信号进行判断、计算、修正控制喷油器喷油的持续时间，使发动机获得该工况下运行所需的最佳可燃混合气浓度。

电控汽油喷射系统由进气系统、燃油系统、点火系统和控制系统四部分组成。

进气系统为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。

空气经空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、进气歧管进入气缸。

在燃油系统中，油箱中的汽油从燃油泵泵出，流经汽油滤清器到喷油器，多余的燃油经压力调节器流回油箱。

电子控制单元产生的点火定时信号送给点火器，接通、断开点火线圈的初级电路，使火花塞跳火，与此同时点火器反馈给电子控制单元一个点火确认信号。